DE4414210A1 - Utilisation of heat in a gas flare - Google Patents

Utilisation of heat in a gas flare

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Abstract

Equipment for utilising the heat of flare gas, in particular that associated with indirectly heated hardening or annealing furnaces by the use of a heat exchanger which is part of a boiler.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärme­ nutzung einer Abgasfackel, insbesondere der Schutzgasfackel indirekt beheizter Härte- oder Glühöfen, mit Hilfe eines die Wärme der Fackel eines Abfackelbrenners nutzenden Wär­ metauschers.The invention relates to a device for heat use of an exhaust gas torch, especially the protective gas torch indirectly heated hardening or annealing furnaces, with the help of a the heat of the torch of a flare burner metauschers.

Bei unter Schutzgas (meist Ar, N₂, H₂, CO+CO₂) arbei­ tenden Glüh- oder Härteanlagen fallen im Behandlungsraum brennbare Gase an, die, weil sie nicht unverbrannt entwei­ chen dürfen, ständig am Ofen abgefackelt werden, womit wertvolle Energie vergeudet wird.When working under protective gas (mostly Ar, N₂, H₂, CO + CO₂) Tempering annealing or hardening plants fall in the treatment room combustible gases which, because they do not escape unburned allowed to be torched constantly at the oven, with what valuable energy is wasted.

Aus der DE 37 21 104 A1 ist eine Nitrirhärteanlage be­ kannt, an deren Abgaskamin eine Rekuperationsleitung ange­ schlossen ist, die über Wärmetauscher zu einem Gassauger führt. Mit Hilfe dieser Einrichtung läßt sich ein Teil der im Abgas enthaltenen Wärmeenergie z. B. zu Heizzwecken nut­ zen.DE 37 21 104 A1 describes a nitriding plant knows, at the exhaust gas chimney a recuperation line is closed, the heat exchanger to a gas suction leads. With the help of this facility, part of the  thermal energy contained in the exhaust gas z. B. for heating purposes Zen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher umrisse­ nen Art zur Verfügung zu stellen, die bei relativ einfachem Aufbau die in der Fackel enthaltene Wärmeenergie mit großem Wirkungsgrad nutzt.The invention has for its object a direction of the outline in the preamble of claim 1 to provide a kind that is relatively simple Build up the thermal energy contained in the torch with great Efficiency.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Danach beaufschlagt die Flamme des Abfackelbrenners unmit­ telbar einen Wärmetauscher, der Bestandteil eines Heizkes­ sels ist. Dieser Heizkessel läßt sich auf einen Glüh- und Härtebehandlungsofen aufsetzen, so daß die Vorrichtung auch für Nachrüstzwecke gut geeignet ist. Ein weiterer wesentli­ cher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß unter Verzicht auf den bisher erforderlichen Gassauger ein wesentlich höherer Anteil der in der Fackel enthaltenen Wärmeenergie genutzt werden kann, da die Fackel den Wärmetauscher voll beaufschlagt und nicht nur ein Teil- Abgasstrom aus dem Abgaskamin zu Heizzwecken abgezweigt wird.The solution to this problem is specified in claim 1. Then the flame of the torch is immediately applied telbar a heat exchanger that is part of a heater sels is. This boiler can be on a glow and Put on the hardening treatment furnace, so that the device too is well suited for retrofitting purposes. Another essential There is an advantage of the device according to the invention in the fact that without the previously required Gas suckers a much higher proportion of those in the torch contained heat energy can be used as the torch fully charged the heat exchanger and not just a partial Flue gas stream branched from the flue gas chimney for heating purposes becomes.

Zur optimalen Steuerung der Heizung ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß der Ab­ fackelbrenner zwischen der den Wärmetauscher unmittelbar beaufschlagenden Stellung (Heizstellung) und einer Stellung (Bypassstellung) schwenkbar angeordnet ist, in der die Fackel in eine den Wärmetauscher umgehenden sowie in den Abgaskamin hinter dem Wärmetauscher einmündenden Bypass-Ab­ gaskanal gerichtet ist, wobei mit dem Abfackelbrenner ein Schirm bewegungsgekuppelt sein kann, der in der Heizstel­ lung des Abfackelbrenners den Bypass-Abgaskanal verschließt und außerdem eine von der Kesseltemperatur thermostatge­ steuerte Schwenkeinrichtung für den Abfackelbrenner vorge­ sehen sein kann.For optimal control of the heating is after a Another feature of the invention provided that the Ab Torch burner between the heat exchanger immediately loading position (heating position) and one position (Bypass position) is pivotally arranged, in which the Torch in a bypassing the heat exchanger as well as in the Exhaust gas chimney behind the bypass outlet leading to the heat exchanger gas channel is directed, with the torch Umbrella can be motion-coupled in the heater  flare burner closes the bypass exhaust duct and also a thermostat from the boiler temperature controlled swivel device for the torch can be seen.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den sonstigen Un­ teransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der Er­ findung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Aus­ führungsbeispiels. Die Zeichnung veranschaulicht im Teil­ schnitt sowie in schematischer Darstellung eine als vorge­ fertigte Aufsatzheizung ausgebildete Vorrichtung mit den entsprechenden Fluidkreisläufen.Other features and advantageous embodiments of the Invention otherwise result from the other Un claims and the following description of the Er Finding from an illustrated in the drawings leadership example. The drawing illustrates in part cut and a schematic representation as a pre manufactured attachment heater trained device with the corresponding fluid circuits.

Die Vorrichtung umfaßt ein z. B. aus Profileisen zusam­ mengeschweißtes Grundgestell 10, auf dem sich ein Heizkes­ sel 11 befindet. Im Kesselraum 12 des Heizkessels 11 ist ein Wärmetauscher 13 enthalten, zum Beispiel in der Bauart eines Rippenrohr-Gußwärmetauschers. Die Oberseite des Kes­ selraums 12 ist über einen Abgaskrümmer 14 mit dem Abgaska­ min 15 verbunden.The device comprises a z. B. from profile iron together welded base frame 10 , on which a Heizkes sel 11 is located. In the boiler room 12 of the boiler 11 , a heat exchanger 13 is contained, for example in the form of a finned tube cast heat exchanger. The top of the Kes selraums 12 is connected via an exhaust manifold 14 to the Abgaska min 15 .

Innerhalb des Grundgestells 10 ist ein Abfackelbrenner 12 angeordnet, der über eine flexible Schlauch- oder Rohr­ leitung 17 und eine geeignete Anschlußarmatur 18 an den Gasaustrittsstutzen eines nicht dargestellten Härte- oder Glühofens angeschlossen wird. Die von der Flamme des Ab­ fackelbrenners 16 im Wärmetauscher 13 erzeugte Temperatur wird von einem Thermostaten 19 überwacht, der auf einen An­ trieb 20 zum Verschwenken des Abfackelbrenners 16 um eine horizontale Achse 21 einwirkt, wenn die ermittelte vorein­ gestellte Temperatur einen bestimmten Sollwert erreicht hat.Within the base frame 10 , a flare torch 12 is arranged, which is connected via a flexible hose or pipe line 17 and a suitable connection fitting 18 to the gas outlet connection of a hardening or annealing furnace, not shown. The temperature of the flame from the torch burner 16 in the heat exchanger 13 is monitored by a thermostat 19 which acts on a drive 20 for pivoting the torch burner 16 about a horizontal axis 21 when the determined preset temperature has reached a certain setpoint.

Die Schwenkeinrichtung 20 umfaßt einen Pneumatikzylin­ der 22, der am Maschinengestell 10 angelenkt ist und dessen Kolbenstange auf eine Schwinge 23 einwirkt, die Bestandteil einer verschwenkbaren Halterung 24 ist. An ihr ist der Ab­ fackelbrenner 16 befestigt und ein mit 25 bezeichneter Schirm.The pivoting device 20 comprises a Pneumatikzylin 22 , which is articulated on the machine frame 10 and whose piston rod acts on a rocker 23 , which is part of a pivotable bracket 24 . From her the torch burner 16 is attached and a screen labeled 25 .

In der in der Zeichnung mit ausgezogenen Linien darge­ stellten Heizstellung des Abfackelbrenners 16, in der die Fackel den Wärmetauscher 13 unmittelbar beaufschlagt, ver­ sperrt der Schirm 25 einen seitlich neben dem Kessel 11 vertikal angeordneten Bypass-Abgaskanal 26. Beim Übergang in die andere Stellung, die mit strichpunktierten Linien angedeutet ist und in der der Abfackelbrenner 16 etwa senk­ recht steht, schwenkt der Schirm 25 mit dem Abfackelbrenner 16 nach außen und gibt den Bypass-Abgaskanal 26 für die Fackel frei. Dies ist diejenige Betriebsstellung, die auf­ grund der thermostatischen Umsteuerung eingenommen wird, solange der Heizkreislauf keinen Wärmebedarf aufweist.In the drawing in solid lines Darge presented heating position of the flare burner 16 , in which the torch directly impinges on the heat exchanger 13 , the screen 25 blocks a vertically arranged bypass exhaust duct 26 to the side of the boiler 11 . During the transition to the other position, which is indicated by dash-dotted lines and in which the flare burner 16 is approximately perpendicular, the screen 25 pivots with the flare burner 16 to the outside and releases the bypass exhaust duct 26 for the flare. This is the operating position that is assumed due to the thermostatic changeover as long as the heating circuit does not require any heat.

Dem Abfackelbrenner 16 ist ein Zündbrenner 27 fest zu­ geordnet und mit ihm also auch schwenkbar verbunden, dessen Flamme gegen Ausblasen geschützt ist und der mittels einer flexiblen Leitung 28 und einer geeigneten Anschlußarmatur 29 an eine nicht dargestellte Zündgasquelle angeschlossen wird.The flare burner 16 is a pilot burner 27 and is also pivotally connected to it, the flame of which is protected against blowing out and which is connected to a pilot gas source (not shown) by means of a flexible line 28 and a suitable connection fitting 29 .

Mit P ist ein Primärheizkreislauf, mit S ein Sekundär­ heizkreislauf bezeichnet. Mit 30 sind Absperrschieber im Primärheizkreislauf P und mit 31 solche im Sekundärheiz­ kreislauf S angegeben, 32 und 33 sind Umwälzpumpen im Pri­ märheizkreislauf P bzw. im Sekundärheizkreislauf S. Die beiden Heizkreisläufe P und S sind über einen Wärmetauscher 34, z. B. einen Wärmetauscher mit Edelstahlrohrheizbündel und Wärmeisolierung, thermisch gekoppelt. Mit 35 sind Ent­ leerungsschieber im Primär- und im Sekundärheizkreislauf bezeichnet, mit 36 ein Druckausgleichsgefäß.P is a primary heating circuit, S is a secondary heating circuit. With 30 gate valves in the primary heating circuit P and with 31 such in the secondary heating circuit S, 32 and 33 are circulation pumps in the primary heating circuit P and in the secondary heating circuit S. The two heating circuits P and S are via a heat exchanger 34 , z. B. a heat exchanger with a stainless steel tube heating bundle and thermal insulation, thermally coupled. Ent with 35 discharge valves in the primary and secondary heating circuit, 36 with a pressure compensation vessel.

Im Wärmetauscher 34 wird die vom Abfackelbrenner 16 im Kessel 12 erzeugte Wärme an den Sekundärheizkreislauf abge­ geben, der beispielsweise dazu dient, ein mit 37 bezeichne­ tes Waschbad zu beheizen, in dem die in der das Abfackelgas erzeugenden Härte- oder Glühanlage zu behandelnden Werk­ stücke zuvor gereinigt werden. Alternativ oder auch zusätz­ lich könnte die Heizeinrichtung auch Brauchwasser für an­ dere Zwecke temperieren.In the heat exchanger 34 , the heat generated by the flare burner 16 in the boiler 12 is passed to the secondary heating circuit, which is used, for example, to heat a wash bath designated 37 , in which the workpieces to be treated in the flare gas generating hardening or annealing system are treated beforehand getting cleaned. Alternatively or additionally, the heating device could also temper service water for other purposes.

Die dargestellte und beschriebene Schwenkeinrichtung des Abfackelbrenners 16 und der energiesparenden Abschir­ mung 25 ist in besonderer Weise geeignet, dem Umstand Rech­ nung zu tragen, daß in der Regel das abzufackelnde Gas ständig ansteht, also auch dann, wenn ein Wärmebedarf mo­ mentan nicht besteht. In diesen relativ kurzen Betriebspha­ sen - aber nur in diesen - wird dann über die Abgasleitung 26 abgefackelt.The illustrated and described swivel device of the flare burner 16 and the energy-saving shielding 25 is particularly suitable to take into account the fact that the gas to be flared is generally constantly present, that is, even when a heat requirement does not exist. In these relatively short operating phases - but only in these - flaring is then carried out via the exhaust line 26 .

Die Vorrichtung mit Vorrichtungsgestell 10, Fackel­ brenner 12 und Zündbrenner 27, Schirm sowie Ofenkammer 12, Wärmetauscher 13 und den Abgaskanälen 14, 15 und 26 kann vollständig vorgefertigt und in Gestalt einer Aufsatzvor­ richtung als Komplettheizung auf einen Härte- oder Glühofen gestellt werden. Die Leitungen und Armaturen für die Heiz­ kreisläufe P und S sind den individuellen Gegebenheiten entsprechend auszulegen und anzuordnen.The device with device frame 10 , torch burner 12 and pilot burner 27 , screen and furnace chamber 12 , heat exchanger 13 and the flue gas ducts 14 , 15 and 26 can be completely prefabricated and placed in the form of an attachment as a complete heater on a hardening or annealing furnace. The lines and fittings for the heating circuits P and S are to be designed and arranged according to the individual circumstances.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Wärmenutzung einer Abgasfackel, insbesondere der Schutzgasfackel indirekt beheizter Härte- oder Glühöfen, mit Hilfe eines die Wärme der Fackel eines Abfackelbrenners nutzenden Wärmetauschers, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmetauscher (13) Bestandteil eines Heizkessels (11) und unmittelbar von der Flamme des Ab­ fackelbrenners (16) baufschlagbar ist.1. Device for the heat use of an exhaust gas torch, in particular the protective gas torch of indirectly heated hardening or annealing furnaces, using a heat exchanger using the heat of the torch of a flare burner, characterized in that the heat exchanger ( 13 ) is part of a boiler ( 11 ) and directly from the Flame from the torch burner ( 16 ) can be inflated. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abfackelbrenner (16) zwischen der den Wärme­ tauscher (13) unmittelbar beaufschlagenden Stellung (Heizstellung) und einer Stellung (Bypassstellung) schwenk­ bar angeordnet ist, in der die Fackel in eine den Wärmetau­ scher (13) umgehenden sowie in den Abgaskamin (15) hinter dem Wärmetauscher (13) einmündenden Bypass-Abgaskanal (26) gerichtet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the flare burner ( 16 ) between the heat exchanger ( 13 ) directly acting position (heating position) and a position (bypass position) is arranged swivel bar, in which the torch into a heat exchanger shear ( 13 ) bypassing and in the exhaust gas chimney ( 15 ) behind the heat exchanger ( 13 ) opening bypass exhaust gas duct ( 26 ) is directed. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mit dem Abfackelbrenner (16) ein Schirm (25) bewe­ gungsgekuppelt ist, der in der Heizstellung des Abfackel­ brenners (16) den Bypass-Abgaskanal (26) verschließt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that with the flare burner ( 16 ) a screen ( 25 ) is motion-coupled, which closes the bypass exhaust duct ( 26 ) in the heating position of the flare burner ( 16 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine von der Kesseltemperatur thermostatgesteuerte Schwenkeinrichtung (20) für den Abfackelbrenner (16).4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized by a by the boiler temperature thermostatically controlled swivel device ( 20 ) for the flare burner ( 16 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwenkeinrichtung (20) einen Druckmit­ telzylinder (22), insbesondere Pneumatikzylinder umfaßt, der verstellend auf eine Halterung (24) einwirkt, die den Abfackelbrenner (16) sowie den Schirm (25) und ggf. einen Zündbrenner (27) lagert.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the pivoting device ( 20 ) comprises a Druckmit tel cylinder ( 22 ), in particular pneumatic cylinder, which acts adjustably on a holder ( 24 ) which the flare torch ( 16 ) and the screen ( 25 ) and possibly a pilot burner ( 27 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgen­ den, dadurch gekennzeichnet, daß sie als vorgefertigte Auf­ satzheizung für einen Härte- bzw. Glühofen ausgebildet ist, und der Abfackelbrenner (16) sowie ggf. der Zündbrenner (27) über eine biegsame Rohr- bzw. Schlauchleitung (17; 28) an den ofenseitigen Gasaustrittsstutzen bzw. die Zündgas­ quelle anschließbar ist.6. The device according to claim 1 or one of the follow, characterized in that it is designed as a prefabricated on heating for a hardening or annealing furnace, and the flare burner ( 16 ) and possibly the pilot burner ( 27 ) via a flexible pipe or hose line ( 17 ; 28 ) to the furnace-side gas outlet connection or the ignition gas source can be connected. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgen­ den, daß sie weiterhin einen Primär-Heizkreislauf (P) und einen damit über Wärmetauscher (34) verbundenen Sekundär- Heizkreizlauf (S) für einen Wärmespeicher wie Brauchwasser­ reservoir, Waschbad (37) od. dgl. und jeder Kreislauf (P, S) eine Umwälzpumpe (32; 33) aufweist.7. The device according to claim 1 or one of the follow that they continue to have a primary heating circuit (P) and an associated via heat exchanger ( 34 ) secondary heating circuit (S) for a heat accumulator such as hot water reservoir, washing bath ( 37 ) or. Like. And each circuit (P, S) has a circulation pump ( 32 ; 33 ).
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